(57)【要約】【課題】電池反応の進行に伴ってアノード触媒層から各種有害物質や炭酸ガスを発生することが無く安全である燃料電池システムを提供する。【解決手段】液体燃料Ｌを貯留する液体燃料タンク９と、液体燃料Ｌを改質するアノード触媒層３と、改質した燃料成分を空気によって酸化するカソード触媒層２と、前記アノード触媒層３と前記カソード触媒層２との間に配置され液体燃料Ｌの改質によって生成したプロトンを前記カソード触媒層２側に拡散させるプロトン伝導性膜６とを具備し前記燃料成分の酸化によって発電する燃料電池システムにおいて、前記液体燃料Ｌはマイクロバブル化した水素を液体中に溶解および分散させた液体燃料Ｌであることを特徴とする燃料電池システムである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を貯留する液体燃料タンクと、液体燃料を改質するアノード触媒層と、改質した燃料成分を空気によって酸化するカソード触媒層と、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間に配置され液体燃料の改質によって生成したプロトンを前記カソード触媒層側に拡散させるプロトン伝導性膜とを具備し前記燃料成分の酸化によって発電する燃料電池システムにおいて、
前記液体燃料はマイクロバブル化した水素を液体中に溶解および分散させた液体燃料であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記液体燃料タンクは液体燃料を注入する燃料注入口を備え、上記液体燃料を充填した燃料カートリッジを上記燃料注入口に着脱自在に設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料を気化させた気化燃料をアノード触媒層に供給する方式による燃料電池システムに係り、特に電池反応の進行に伴ってアノード触媒層から各種有害物質や炭酸ガスを発生することが無く安全であり、しかも燃料の爆発性が無く安全かつ容易に取り扱うことが可能な燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯電話、携帯用音楽再生機等の各種モバイル電子機器は、半導体技術の発達と共に小型化され、燃料電池をこれらの小型電子機器用の電源に使用することが試行されている。燃料電池は、燃料と酸化剤としての空気等を供給するだけで発電することが可能であり、燃料のみを交換すれば長時間連続して発電できるという利点を有しているため、小型化が実現すれば上記携帯電子機器の作動操作に極めて有利なシステムとなる。
【０００３】
特に、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ；direct methanol fuel cell）は、エネルギー密度が高いメタノールを燃料として使用し、メタノールから電極触媒上で直接電流を取り出せるため、特殊な改質器も不要であるため小型化が可能であり、燃料の取扱いも爆発の危険が高い水素ガス燃料と比較して安全で容易なことから小型機器用電源として有望である。
【０００４】
上記ＤＭＦＣにおける燃料の供給方法としては、液体燃料を気化した後にブロア等で燃料電池内に送り込む気体供給型ＤＭＦＣと、液体燃料をそのままポンプ等で燃料電池内に直接に送り込む液体供給型ＤＭＦＣと、更には特許文献１に示すような内部気化型ＤＭＦＣ等が知られている。
【０００５】
特許文献１に示す内部気化型ＤＭＦＣは、液体燃料としてのメタノールを保持する燃料浸透層と、燃料浸透層中に保持された液体燃料のうち気化成分を拡散させるための燃料気化層とを備えるもので、気化した液体燃料が燃料気化層から燃料極（アノード）に供給される。特許文献１では、メタノールと水とが１：１のモル比で混合されたメタノール水溶液が液体燃料として使用され、メタノールおよび水の双方を気化ガスの形で燃料極側に供給している。
【０００６】
上記燃料極（アノード）では、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）と水（Ｈ２Ｏ）との改質反応によって電子（ｅ−）と水素イオン（Ｈ＋：プロトン）と炭酸ガス（ＣＯ２）とが発生し、このうち水素イオンはプロトン伝導性電解質膜を通過して空気極（カソード）に至り、空気中の酸素（Ｏ２）と反応して水を生成する。同時に電子が外部回路を流れ、電子機器を動作させる仕組みになっている。
【特許文献１】特許第３４１３１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に示す従来の内部気化型ＤＭＦＣのように液体燃料として純メタノールやメタノール水溶液を使用した燃料電池においては、メタノール自体が引火性の強い燃料であり、液体燃料を充填した形態容器の取扱いには厳重な注意が必要となる問題点があった。また発電反応の進行により人体に有害なホルムアルデヒドや皮膚にかぶれを生じやすい蟻酸（ＨＣＯＯＨ）などを副生するために、その副生物を無害化するためのフィルター等の処理機構が必須になり電池構成が複雑化すると共に、燃料電池の製造コストが上昇する難点もあった。
【０００８】
さらに、メタノールは炭素原子を含む有機物であり、電池反応完了後には最終的に水と炭酸ガス（ＣＯ２）とに分解されるが、このＣＯ２の発生および電池構造に起因して下記のように電池の膨れや変形を生じる問題もあった。すなわち、メタノールが電池外部に漏洩することを防止するために、液体燃料タンクからアノード触媒層に至る経路はほぼ気密に形成されている。そして、アノード触媒層におけるメタノール等の燃料の分解反応によって炭酸ガス（ＣＯ２）が生成し、その生成量は発電量の増加に伴って増加する。
【０００９】
さらに、カソード触媒層においては改質した燃料成分を空気によって酸化する発熱反応が進行するために、電池内部における液体燃料の気化が促進され、さらには気化燃料が発熱によってさらに膨張する。そのために、上記炭酸ガスと気化燃料によって燃料電池内のガス圧力（内圧）が上昇し、強度が比較的に小さい表面層（電池カバー部）にガス圧力が集中して表面層を変形させたり、大きな撓みを発生させたりする。この変形や撓みにより電池構成部品相互の密着度が低下して、電極部での集電機能が低下したり、電池内部における物質移動が阻害されたりする結果、電池出力が低下してしまう問題点があった。
【００１０】
上記有機物燃料であるメタノールに代えて水素ガスを直接使用する可能性も考えられるが、気体としての水素は爆発の危険性が高く、携帯用の燃料としての取扱いが容易ではない。一方、水素ガスを吸蔵した水素吸蔵合金から適宜水素ガスを放出する貯蔵器を電池の燃料タンクや携帯用の燃料カートリッジとして使用した場合には、水素吸蔵合金自体および保護材の体積や重量が大きいために、容積当たりのエネルギー密度が極めて低くなり小型燃料電池としての利点が損なわれる致命的な問題点もあった。
【００１１】
また、メタノールを希釈せずに高濃度の純メタノールとして使用すると、未反応のメタノールが電解質膜を通過してカソード側で酸素と直接反応するクロスオーバー現象が顕著になり、取り出せる電力が極端に低下する問題点もあった。
【００１２】
本発明は上記の課題や問題点を解決するためになされたものであり、電池反応の進行に伴ってアノード触媒層から各種有害物質や炭酸ガスを発生することが無く安全である燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池システムは、液体燃料を貯留する液体燃料タンクと、液体燃料を改質するアノード触媒層と、改質した燃料成分を空気によって酸化するカソード触媒層と、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間に配置され液体燃料の改質によって生成したプロトンを前記カソード触媒層側に拡散させるプロトン伝導性膜とを具備し前記燃料成分の酸化によって発電する燃料電池システムにおいて、前記液体燃料がマイクロバブル化した水素を液体中に溶解および分散させた液体燃料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
電池反応の進行に伴ってアノード触媒層から各種有害物質や炭酸ガスを発生することが無く安全である燃料電池システムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明に係る燃料電池システムの一実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムを内部気化型燃料電池に適用した場合の構成例を示す模式的な断面図である。
【００１６】
図１に示すように、膜電極接合体（ＭＥＡ）１は、カソード触媒層２及びカソードガス拡散層４から成るカソード極と、アノード触媒層３及びアノードガス拡散層５から成るアノード極と、カソード触媒層２とアノード触媒層３との間に配置されるプロトン伝導性の電解質膜６とを備えるものである。
【００１７】
カソード触媒層２及びアノード触媒層３に含有される触媒としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。アノード触媒には、燃料成分や一酸化炭素に対する耐性の強いＰｔ−Ｒｕ、カソード触媒には、白金を用いることが望ましいが、これに限定されるものではない。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒を使用しても、あるいは無担持触媒を使用しても良い。
【００１８】
プロトン伝導性電解質膜６を構成するプロトン伝導性材料としては、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂（例えば、パーフルオロスルホン酸重合体）、スルホン酸基を有するハイドロカーボン系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸などの無機物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１９】
カソードガス拡散層４はカソード触媒層２の上面側に積層され、かつアノードガス拡散層５はアノード触媒層３の下面側に積層されている。カソードガス拡散層４はカソード触媒層２に酸化剤を均一に供給する役割を担うものであるが、カソード触媒層２の集電体も兼ねている。一方、アノードガス拡散層５はアノード触媒層３に燃料成分を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層３の集電体も兼ねている。カソード導電層７ａ及びアノード導電層７ｂは、それぞれ、カソードガス拡散層４及びアノードガス拡散層５と接している。カソード導電層７ａ及びアノード導電層７ｂには、例えば、金などの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）をそれぞれ使用することが出来る。
【００２０】
矩形枠状のカソードシール材８ａは、カソード導電層７ａとプロトン伝導性電解質膜６との間に位置すると共に、カソード触媒層２及びカソードガス拡散層４の周囲を気密に囲んでいる。一方、矩形枠状のアノードシール材８ｂは、アノード導電層７ｂとプロトン伝導性電解質膜６との間に位置すると共に、アノード触媒層３及びアノードガス拡散層５の周囲を気密に囲んでいる。カソードシール材８ａ及びアノードシール材８ｂは、膜電極接合体１からの燃料漏れ及び酸化剤漏れを防止するためのオーリングである。
【００２１】
膜電極接合体１の下方には、液体燃料タンク９が配置されている。液体燃料タンク９内には、マイクロバブル化した水素を水などの液体中に溶解および／または分散させた液体燃料Ｌが収容されている。液体燃料タンク９の開口端には、燃料気化層１０として例えば、液体燃料の気化成分のみを透過させて、液体燃料を透過させない気液分離膜１０が液体燃料タンク９の開口部を覆うように配置されている。ここで、液体燃料の気化成分とは、液体燃料から放出された水素ガスと水の気化成分とから成る混合ガスを意味する。
【００２２】
また、上記燃料電池システムにおいて、前記液体燃料タンク９は液体燃料Ｌを注入する燃料注入口１６を備え、上記液体燃料Ｌを充填した燃料カートリッジ１７を上記燃料注入口１６に着脱自在に設けることが好ましい。
【００２３】
上記燃料電池システムにおいて使用される液体燃料Ｌは、マイクロバブル化した水素を液体中に溶解または分散させた安全な液体燃料Ｌである。ここでマイクロバブルとは直径が１０〜３０μｍ程度の超微細気泡を意味し、本実施形態では水等の液体に水素ガスが一部溶解している一方、上記超微細気泡状の水素ガスが液体中に分散した液体燃料Ｌを使用する。
【００２４】
上記マイクロバブル化した水素を液体中に溶解および分散させた液体燃料Ｌは、流体力学を応用した下記のような処理方法で大量に、かつ安定的に調製することができる。すなわち、マイクロバブル発生装置内に圧力水を導入し、負圧で吸引した水素ガスに回転剪断力を作用させて水素ガス塊をマイクロバブル化することにより、一部の水素ガスが水中に溶解する一方、１０〜３０μｍの気泡径を有する水素ガスの超微細気泡が水中に均一に分散した液体燃料が得られる。なお、水素ガスは０〜４０℃の温度範囲において１気圧の水に対して体積比で酸素ガスの約半分量の溶解度を有している。
【００２５】
また、本実施形態で使用する水素を含む液体燃料は、縮流部と拡大部とから成るベンチュリ管内部で発生するキャビテーションを利用して超微細な水素ガス気泡を液体中に放出して調製することも可能である。
【００２６】
このように調製した液体燃料Ｌは水等の液体中に水素ガスが溶解すると共に超微細な水素気泡が水中に分散した状態であるために、引火の危険は少なく取扱いも容易である。したがって、図２に示すように液体燃料Ｌを注入容器内に充填して燃料カートリッジ１７として携帯することも可能であり、電池本体の液体燃料タンク９に液体燃料Ｌを適宜補充することが可能である。また、水素ガスは溶解・分散させる溶媒・分散媒としての液体と化学的に強固に結合していないために、液体燃料から水素成分を容易に分離放出させることができる。
【００２７】
また、液体燃料Ｌ中のマイクロバブル化水素は、超微細でほぼ均一な大きさ（気泡径）を長期間保持するために、気泡同士の合体や吸収が起こらず、単一の気体のままで水中に長時間滞留し、その液体燃料としての寿命は比較的に長い。また、マイクロバブルの水中での上昇速度は極めて遅く、超微細気泡が乳濁状に水中に均一に分散した状態が形成されるために、気泡状の水素ガスを液体中に溶解させて多量に取り込むことも容易である。
【００２８】
さらに、気液分離膜１０とアノード導電層７ｂの間には、樹脂製のフレーム１１が積層されている。フレーム１１で囲まれた空間は、気液分離膜１０を拡散してきた気化燃料を一時的に収容しておく気化燃料収容室１２（いわゆる蒸気溜り）として機能する。この気化燃料収容室１２及び気液分離膜１０の透過液体燃料量抑制効果により、一度に多量の気化燃料がアノード触媒層３に供給されるのを回避することができ、いわゆるクロスオーバー現象の発生を抑えることが可能である。なお、フレーム１１は、矩形のフレームで、例えばＰＥＴのような熱可塑性ポリエステル樹脂から形成される。
【００２９】
上記液体燃料タンク９の側面上縁部には液体燃料Ｌを注入する燃料注入口１６が形成されており、図２に示すような液体燃料Ｌを充填した燃料カートリッジ１７が上記燃料注入口１６に着脱自在に設けられ、適宜燃料カートリッジ１７を燃料注入口１６に装着して液体燃料Ｌを補給できるように構成されている。
【００３０】
また、膜電極接合体１の上部に積層されたカソード導電層７ａ上には、保湿板１３が積層されている。さらに酸化剤である空気を取り入れるための空気導入口１４が複数個形成された表面層１５が、保湿板１３の上に積層されている。表面層１５は、膜電極接合体１を含むスタックを加圧してその密着性を高める役割も果たしているため、例えば、ＳＵＳ３０４のような金属から形成される。保湿板１３は、カソード触媒層２において生成した水の蒸散を抑止する役割をなすと共に、カソードガス拡散層４に酸化剤を均一に導入することによりカソード触媒層２への酸化剤の均一拡散を促す補助拡散層としての役割も果たしている。
【００３１】
上述したような構成を有する本実施形態に係る燃料電池システムにおいて、燃料極（アノード）では、水素ガスの改質反応によって電子（ｅ−）と水素イオン（Ｈ＋：プロトン）とが発生し、この水素イオンはプロトン伝導性電解質膜を通過して空気極（カソード）へ移動し、電子（ｅ−）は外部回路を流れる。空気極（カソード）では、酸素（Ｏ２）と燃料極からプロトン伝導性電解質膜を通過してきた水素イオン（Ｈ＋）と外部回路から流れてきた電子（ｅ−）とが結合して水が生成される。同時に電子が外部回路を流れ、電子機器を動作させる電源としての機能が発揮される。
【００３２】
すなわち、液体燃料タンク９内の液体燃料（水素ガスを溶解・分散した水溶液）が気化し、放出された水素ガスと気化した水とが気液分離膜（燃料気化層）１０を拡散し、気化燃料収容室１２に一旦収容され、そこから徐々にアノードガス拡散層５を拡散してアノード触媒層３に供給され、以下の反応式（１）に示す燃料成分（水素ガス）の内部改質反応が進行しプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とを生じる。
【００３３】
［化１］
Ｈ２  →  ２Ｈ＋＋２ｅ−    ……（１）
【００３４】
上記の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ＋）はプロトン伝導性電解質膜６を拡散してカソード触媒層３に到達する。一方、表面層１５の空気導入口１４から取り入れられた空気は、保湿板１３とカソードガス拡散層４を拡散してカソード触媒層２に供給される。カソード触媒層２では、下記（２）式に示す反応によって水が生成する、つまり発電反応が生じる。
【００３５】
［化２］
（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−  →  Ｈ２Ｏ    ……（２）
【００３６】
上記発電反応が進行すると、前述した（２）式の反応などによってカソード触媒層２中に生成した水が、カソードガス拡散層４内を拡散して保湿板１３に到達し、保湿板１３によって蒸散を阻害され、カソード触媒層２中の水分貯蔵量が増加する。このため、発電反応の進行に伴ってカソード触媒層２の水分保持量がアノード触媒層３の水分保持量よりも多い状態を作り出すことができる。その結果、浸透圧現象によって、カソード触媒層２に生成した水がプロトン伝導性電解質膜６を通過してアノード触媒層３に移動する反応が促進されるため、アノード触媒層への水供給速度を燃料気化層のみに頼っていた場合に比べて向上することができ、前述した（１）式に示す燃料成分の内部改質反応を促すことができる。このため、出力密度を高くすることができると共に、その高い出力密度を長期間に亘り維持することが可能となる。
【００３７】
本実施形態に係る燃料電池システムによれば、液体燃料としてマイクロバブル化した水素を液体中に溶解および／または分散させた液体燃料Ｌを水素の供給源として使用しており、この超微細な水素気泡を溶解・分散した液体燃料Ｌは、水素ガス塊のような爆発性および引火性も少なく、安全性も高く取扱いも容易である。また、メタノールのように発電反応の進行によりホルムアルデヒドや蟻酸（ＨＣＯＯＨ）などの有害物を副生することが無く、その副生物を無害化するための処理機構が不要であり電池構成を簡素化でき、燃料電池の製造コストを低減できる。
【００３８】
また、マイクロバブル化した水素を液体中に溶解および分散させた液体燃料Ｌは有機物を含まないために、電池反応後には水のみが排出されるクリーンな燃料電池システムが実現する。特に、炭酸ガス（ＣＯ２）の排出が無いために、炭酸ガスの蓄積による電池内圧上昇による電池の膨れや変形は生じない。したがって、この変形や撓みにより電池構成部品相互の密着度が低下して電極部での集電機能が低下したり、電池内部における物質移動が阻害されたりする恐れが少なく、安定した出力特性を備えた燃料電池を提供することが可能になる。また、一酸化炭素（ＣＯ）の副生も無いので白金等から成る触媒の被毒の影響も皆無であり、電池機能が長期間に亘り良好に維持できる。
【００３９】
ここで、パーフルオロカーボン系のプロトン伝導性電解質膜６を使用した場合における燃料電池システムの最大出力とプロトン伝導性電解質膜６の厚さとの関係を調査した結果、高い出力特性を実現するためには、プロトン伝導性電解質膜６の厚さを１００μｍ以下にすることが望ましい。プロトン伝導性電解質膜６の厚さを１００μｍ以下にすることにより高出力が得られる理由は、カソード触媒層２からアノード触媒層３への水の拡散をさらに促すことが可能になるためである。但し、プロトン伝導性電解質膜６の厚さを１０μｍ未満にすると、電解質膜６の強度が低下する恐れがあることから、プロトン伝導性電解質膜６の厚さは１０〜１００μｍの範囲に設定することがより好ましい。より好ましくは、１０〜８０μｍの範囲である。
【００４０】
以下、本発明の実施例について添付図面を参照して、より具体的に説明する。
【００４１】
＜液体燃料の調製＞
１次側で水素ガス塊および水を吸引する一方、２次側で吐出するキャビテーションポンプと、ポンプ吐出側に取り付けられ水と水素ガスとの２層旋回流を形成する旋回加速器と、旋回加速器の送り出し配管に先端に設けられ水素ガス塊を剪断力で切断粉砕する分散器とを備えたマイクロバブル発生装置を用意した。
【００４２】
そして、装置中心部に液体としての水および気体としての水素ガスの２層旋回流を発生させ、その回転軸部分に空洞部を形成した。この空洞部を竜巻状に細くして、強力な回転剪断力を発生させた。そして吸入した水素ガスを、この空洞部に吸引し通過させた。この気体空洞部を分散器で切断・粉砕することによって、水素ガスが一部溶解すると共に、超微細の水素気泡が水中に均一に分散した液体燃料を調製した。分散した超微細気泡を光学顕微鏡で観察したところ、気泡径は１０〜３０μｍであった。
【００４３】
＜アノード極の作製＞
アノード用触媒（Ｐｔ：Ｒｕ＝１：１）担持カーボンブラックにパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と水及びメトキシプロパノールを添加し、前記触媒担持カーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをアノードガス拡散層としての多孔質カーボンペーパに塗布することにより厚さが４５０μｍのアノード触媒層を有するアノード極を作製した。
【００４４】
＜カソード極の作製＞
カソード用触媒（Ｐｔ）担持カーボンブラックにパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と水及びメトキシプロパノールを加え、前記触媒担持カーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをカソードガス拡散層としての多孔質カーボンペーパに塗布することにより厚さが４００μｍのカソード触媒層を有するカソード極を作製した。
【００４５】
アノード触媒層とカソード触媒層の間に、プロトン伝導性電解質膜として厚さが３０μｍで、含水率が１０〜２０重量％のパーフルオロカーボンスルホン酸膜（商品名：ｎａｆｉｏｎ膜、デュポン社製）を配置し、これらにホットプレスを施すことにより、膜電極接合体（ＭＥＡ）を得た。
【００４６】
保湿板として厚さが５００μｍで、透気度が２秒／１００ｃｍ３（ＪＩＳ  Ｐ−８１１７）で、透湿度が４０００ｇ／ｍ２２４ｈ（ＪＩＳ  Ｌ−１０９９  Ａ−１法）のポリエチレン製多孔質フィルムを用意した。
【００４７】
気化燃料収容室１２の側壁を構成するフレーム１１として、ＰＥＴ製で厚さが２５μｍである枠状のフレーム１１を用意した。また、気液分離膜１０を構成する部材として、厚さが１００μｍであるシリコ−ンゴム（ＳＲ）シートを用意した。
【００４８】
表面層１５として厚さが０．３ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）板に、開口率３０で空気導入口１４を穿設した電池カバーを用意した。
【００４９】
得られた表面層（電池カバー）１５、膜電極接合体１、保湿板１３、フレーム１１、気液分離膜１０を用いて前述した図１に示す構造を有する内部気化型の実施例で使用する内部気化型燃料電池システムを組み立てた。この際、液体燃料タンク９には、前記のように水に水素ガスを溶解・分散して調製した液体燃料Ｌを２ｍＬ収容した。
【００５０】
上記実施例に係る燃料電池システムによれば、液体燃料としてマイクロバブル化した水素を液体中に溶解および／または分散させた液体燃料Ｌを水素の供給源として使用しており、この液体燃料Ｌは水素ガス塊のような爆発性および引火性もなく、安全性も高く取り扱いも容易である。
【００５１】
また、メタノールのように発電反応の進行によりホルムアルデヒドや蟻酸（ＨＣＯＯＨ）などの有害物を副生することが無く、その副生物を無害化するための処理機構が不要であり電池構成を簡素化でき、燃料電池の製造コストを低減できる。
【００５２】
さらに、マイクロバブル化した水素を液体中に溶解または分散させた液体燃料Ｌは有機物（炭素成分）を含まないために、電池反応後には水のみが排出されるクリーンな燃料電池システムが実現する。特に、炭酸ガス（ＣＯ２）や一酸化炭素（ＣＯ）の排出が無いために、炭酸ガスの蓄積による電池内圧上昇による電池の膨れや変形は生じない。したがって、この変形や撓みにより電池構成部品相互の密着度が低下して電極部での集電機能が低下したり、電池内部における物質移動が阻害されたりする恐れが少なく、安定した出力特性を備えた燃料電池を提供することが可能になる。また、一酸化炭素（ＣＯ）の副生も無いので白金等から成る触媒の被毒の影響も皆無であり、電池機能が長期間に亘り良好に維持できる。
【００５３】
特に図２に示すように、液体燃料Ｌを充填した燃料カートリッジ１７を用意することにより、燃料電池システムが稼動中においても適宜液体燃料の補充が可能であり、煩雑な充電操作を必要とせずに、モバイル機器をノンストップで長時間稼動させることが可能になった。例えば、モバイル機器を電圧が異なる地方や外国で使用する場合であっても、それぞれのモバイル機器の電源仕様に応じた別個の充電器を持参する必要はなく、図２に示す燃料カートリッジ１７を携帯することにより、電池切れを心配せずにモバイル機器を長期間使用し続けることが可能になった
なお、上記実施例においては、本発明を内部気化型燃料電池システムに適用した例をとって説明したが、本発明は上記内部気化型燃料電池に限定されず、液体燃料から分離した水素ガスをブロア等で燃料電池内に送り込む気体供給型燃料電池や、液体燃料をそのままポンプ等で燃料電池内に直接に送り込む液体供給型燃料電池にも適用することが可能である。
【００５４】
また、上記実施例においては、水に水素ガスを溶解・分散させた液体燃料を使用した例を説明したが、水の替わりに従来の液体燃料であるメタノールやエタノールを使用することも可能である。すなわち、従来から液体燃料として使用されていたメタノールやエタノールにマイクロバブル化した水素をさらに溶解・分散させることにより、従来の燃料の単位重量当たりの水素成分量を大幅に増加させることも可能になり、メタノールやエタノールを単体で使用した場合と比較してより高容量の燃料電池が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る燃料電池システムを内部気化型燃料電池に適用した場合の構成例を示す模式的な断面図。
【図２】液体燃料タンクに注入する液体燃料を貯留し、液体燃料タンクに着脱自在に装着される燃料カートリッジの構造例を示す断面図。
【符号の説明】
【００５６】
１…膜電極接合体（ＭＥＡ）、２…カソード触媒層、３…アノード触媒層、４…カソードガス拡散層、５…アノードガス拡散層、６…プロトン伝導性電解質膜、７ａ…カソード導電層、７ｂ…アノード導電層、８ａ…カソードシール材、８ｂ…アノードシール材、９…液体燃料タンク、１０…燃料気化層、１１…フレーム（側壁）、１２…気化燃料収容室、１３…保湿板、１４…空気導入口、１５…表面層（外装ケース）、１６…燃料注入口、１７…燃料カートリッジ、Ｌ…液体燃料。
【図１】
2007066623.tif 000003
【図２】
2007066623.tif 000004